擴(kuò)聲系統(tǒng)的增益結(jié)構(gòu)

1、擴(kuò)聲系統(tǒng)的增益結(jié)構(gòu)設(shè)置擴(kuò)聲系統(tǒng)增益結(jié)構(gòu)的注意事項(xiàng)與方法作者：John Murray作者單位：ProSonic Solution第一節(jié)笫二節(jié)第三節(jié)第四節(jié)笫五節(jié)第六節(jié)引言參考級(jí)的概念2分貝2.2電子學(xué)中的分貝參考量峰值電平，均方電平及音量表電平 3峰值電平3.2均方根值電平3.3音量表電平設(shè)置信號(hào)流的增益結(jié)構(gòu)4準(zhǔn)備工作4.2使用振蕩器和示波器進(jìn)行調(diào)整4.3電子分頻器及壓縮器/限幅器的調(diào)整4.4功率放大器的調(diào)整4.5分頻網(wǎng)絡(luò)低電平選項(xiàng)4.5更高均值/峰值比與更小的動(dòng)態(tài)范圍選項(xiàng)調(diào)音臺(tái)的增益設(shè)置5基本原則5.2初步調(diào)整（初步設(shè)置）5.3技術(shù)優(yōu)化方法5.4易理解的方法參考書(shū)L1第一節(jié)引言對(duì)于一個(gè)擴(kuò)聲系統(tǒng)來(lái)

2、說(shuō)，合理的增益結(jié)構(gòu)是不可或缺的，尤其是當(dāng)系統(tǒng)中釆 用了當(dāng)今的數(shù)字信號(hào)處理設(shè)備（DSP）的時(shí)候。這類數(shù)字信號(hào)處理設(shè)備比較容易 岀現(xiàn)嚴(yán)重的削波失真，而如果要避免削波并維持低系統(tǒng)噪聲就需要精確地設(shè)置增 益機(jī)構(gòu)。信噪比（S/N）是一個(gè)設(shè)備或一個(gè)系統(tǒng)的額定信號(hào)電平（通常為+4dBu或者 OdB VU）與所測(cè)的熱噪聲電平的dB值之差。動(dòng)態(tài)余量則是額定信號(hào)電平與最大 不削波電平的dB值之差。最大不削波電平亦即是受設(shè)備最大輸出電壓限制的最 大信號(hào)強(qiáng)度。將信噪比與動(dòng)態(tài)余量相加，就得到該設(shè)備會(huì)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范用。合理 的增益結(jié)構(gòu)調(diào)整就是實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)范圉最大化的過(guò)程。圖1顯示的是一個(gè)動(dòng)態(tài)范圍為105 dB的設(shè)備。這一數(shù)

3、據(jù)（動(dòng)態(tài)范圍）是根 據(jù)可聽(tīng)的電信號(hào)范圍和可聽(tīng)的聲信號(hào)范圍隨意校正的（什么意思？）。圖2中反映了擴(kuò)聲系統(tǒng)信號(hào)路徑上各個(gè)設(shè)備的 請(qǐng)注意，這里以 OdBu作為參考電平，調(diào)音臺(tái)和DSP都被設(shè)置為“統(tǒng)-增益S即輸入電平等于 輸出電平。經(jīng)過(guò)校驗(yàn)得到的聲信號(hào)動(dòng)態(tài)窗顯示,將功率放大器輸入衰減器置于最 大位置，音箱輸出聲壓級(jí)在參考聽(tīng)音位置達(dá)到120 dB的時(shí)候，功放已經(jīng)發(fā)生削 波現(xiàn)象了。該圖所示的增益結(jié)構(gòu)是一種很普遍的做法，即將電子設(shè)備（調(diào)誇臺(tái)， DSP）設(shè)置為“統(tǒng)一增益”，并將功放輸入增益調(diào)至最大。根據(jù)圖2中普遍使用的增益設(shè)置，所得到的系統(tǒng)動(dòng)態(tài)范圍為65 dB（見(jiàn)圖3）, 這樣的數(shù)據(jù)只能是差強(qiáng)人意。本文旨在說(shuō)

4、明應(yīng)當(dāng)如何設(shè)置擴(kuò)聲系統(tǒng)的增益結(jié)構(gòu)，從而使得系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范用 不小于系統(tǒng)中噪聲最大的設(shè)備的動(dòng)態(tài)范用。本文還將說(shuō)明，如果技術(shù)人員只是想 要更大的聲音，那他可以在噪聲問(wèn)題上做出妥協(xié)，從而使擴(kuò)聲系統(tǒng)產(chǎn)生很大的聲 壓一一相當(dāng)于兒倍大的系統(tǒng)產(chǎn)生的聲壓。為了更好地闡述這些觀點(diǎn)，我們還得從最基本的開(kāi)始說(shuō)起。第二節(jié)參考級(jí)2.1分貝在音頻領(lǐng)域，各種各樣的參考量經(jīng)常令人感到困惑。要正確地理解增益結(jié)構(gòu), 就必須要知道這些參考量之間的關(guān)系?！胺重悺笔巧健柏悹枴边@個(gè)單位衍生的?！柏悹枴眲t是為了紀(jì)念亞歷山大貝爾，它表示信號(hào)通過(guò)1英里電話線之后的電 平衰減量。將這一衰減量用作單位顯得太大，并不實(shí)用，因此在實(shí)際應(yīng)用中通常 將貝爾

5、除以10。于是得到的更小單位被稱為分貝（dB）,根據(jù)參考量的不同，分 貝可以用來(lái)表示很多不同的值。當(dāng)你只使用dB,而不加其他后綴時(shí)，它僅僅表示 一個(gè)比值。因此dB要和參考量一起使用，后綴可以顯示山該參考量所定義的 OdB的值。因本文的闡述范圍有限，我們?cè)诖酥唤榻B音頻電信號(hào)中使用的參考量, 對(duì)于聲學(xué)中用到的參考量則不作討論。2.2電子學(xué)中的dB參考量dBm是最早被用來(lái)表示功率級(jí)的單位，OdBm等于1毫瓦。0 dBm （1毫瓦） 通常被描述成通過(guò)600Q電阻消耗的功率。這里600Q的電阻并不是關(guān)鍵，并非 限定的,只不過(guò)在dBm最初應(yīng)用（于電話傳審技術(shù)）時(shí),600 Q恰巧是亡門(mén)線的 標(biāo)準(zhǔn)線路電阻。今

6、天專業(yè)音響中使用的信號(hào)處理器和功率放大器，絕大部分都有并聯(lián)輸入 （橋接輸入）設(shè)置，通過(guò)皿陽(yáng)電路來(lái)實(shí)現(xiàn)同一信號(hào)同時(shí)驅(qū)動(dòng)多個(gè)單元。而且它們 具有運(yùn)算n其輸岀肌抗極低 可以用來(lái)驅(qū)動(dòng)從600 Q直至開(kāi)路（尢阻抗）的負(fù)載，負(fù)載阻抗并不會(huì)影響輸出電壓。因?yàn)檫@類設(shè)備不同于早期的電子 設(shè)備，不再是基于門(mén)因此dBm （懣樣 個(gè)取O在當(dāng)今的系統(tǒng)調(diào)試（校正）匸作中，實(shí)用性不及H:及。分貝同樣被應(yīng)用于電壓的參考級(jí)中，首先被采用的參考量是OdBV二1.0V. 你可能不時(shí)會(huì)見(jiàn)到這一參考量，但是作者本人在計(jì)算時(shí)不太喜歡采用。當(dāng)你在某 份技術(shù)參數(shù)中看到時(shí)知道它的含義就足夠了。當(dāng)某個(gè)電路中接入600 Q的負(fù)載，并且產(chǎn)生功率為l

7、mW時(shí)，則加在負(fù)載兩端 的電壓近似等于0.775V。最初，這一電壓值作為參考量的電爪級(jí)被記為dBv,由 于很容易與dBV混淆，后來(lái)改記為dBuCdBv并未因此而停用），即OdBu二0. 775V。 如果要將dBV換算成dBm只需用dBV值加2. 2dB即得到對(duì)應(yīng)的dBu值。最后，我們還需要熟悉一個(gè)參考量一一盡管它并不是一個(gè)實(shí)際的標(biāo)準(zhǔn)參考 S,但是相比于其它參考量，我們龍鄉(xiāng)地看到這一參考量的描小燈。這就是音量 表（VU表）參考單位，當(dāng)電路負(fù)載為600Q時(shí)，OdB VU二+4 dBm。如果電路的負(fù) 載不是600Q （現(xiàn)今的音響系統(tǒng)基本如此），則0 dB VU = +4 dBu。表1.列出了各個(gè)dB

8、參考量的特性及相互關(guān)系山于現(xiàn)代的音響系統(tǒng)信號(hào)流是電爪源，本文將采用dBu作為測(cè)暈電壓的標(biāo) 準(zhǔn)參考級(jí)來(lái)討論系統(tǒng)增益的設(shè)置，并且會(huì)將之與音量表上的dB VU相聯(lián)系。第三節(jié) 峰值電平,均方根值電平及音量表電平3.1峰值電平為了設(shè)置系統(tǒng)增益，我們必須了解峰值電平和均方根值電平之間的差異。峰 值電平很簡(jiǎn)單，它是電路所產(chǎn)生的最大信號(hào)電丿上（電平）。在示波器上，正弦波 開(kāi)始出現(xiàn)削波時(shí)的電平就是峰值電平。山于現(xiàn)在的電子設(shè)備都采用運(yùn)算放大器輸 出，本質(zhì)上來(lái)講是電爪源，當(dāng)供電器不能為音頻電路提供更高電圧時(shí)，就達(dá)到了 峰值電平。電路中的電阻器有時(shí)可以提供比供電電爪極限伉更高的瞬時(shí)電F但 是這個(gè)高電平只能持續(xù)很短時(shí)間

9、，且只比連續(xù)輸出電平拓兒個(gè)dB而已，這種情 況通常會(huì)發(fā)生在功率放大器中。3.2均方根值電平均方根值電平是用來(lái)表示交流電路中復(fù)雜的波形所消耗的功的數(shù)學(xué)方法。均 方根值是等效的血流電路的電平近似值。本文中，均方根值為示波器上正弦波峰 值的0.707倍。必須要記住的是，如果一個(gè)調(diào)音臺(tái)標(biāo)注的輸出電壓是均值方根值，那么這個(gè) 值除以0.707就是其實(shí)際的峰值輸出電壓，達(dá)到這個(gè)峰值電壓時(shí)就會(huì)出現(xiàn)削波。 我們?cè)诜貧W! Lt讀到的數(shù)值為以值方根電壓值,而很多的產(chǎn)品 I給出的 是dBu值，表2可以幫組我們記住它們之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系。在第四節(jié)中（你會(huì)體會(huì)到），我們沒(méi)有必要把這些dB參考呆或者 方根值死死記在腦中。掌握

10、了以上的知識(shí)，我們就可以正確地理解并確認(rèn)產(chǎn)品的 電平參數(shù)。3.3音量表電平最初，音量表的設(shè)計(jì)用途是指示與感知到的倍號(hào)響度密切相關(guān)的電平大小。 如今山于成本所限，很多音量表和LED指示燈不再具有適合的刻度。然而，系 統(tǒng)操作者對(duì)于調(diào)音臺(tái)輸出的音量表和LED指示燈卻很依賴。我們將此與設(shè)置增 益結(jié)構(gòu)時(shí)涉及到得峰值輸出電平相聯(lián)系。因?yàn)橐袅勘頊y(cè)量信號(hào)大小的所得結(jié)果比實(shí)際值要小，所以它不能很好的反映 出信號(hào)的瞬時(shí)峰值。這就是為什么很多人要采用單獨(dú)的峰值扌裁（峰值表）。 峰值電平高出音量表饋值的幅度很少會(huì)超過(guò)15至20dBo調(diào)音臺(tái)的設(shè)計(jì)師們對(duì)這 一事實(shí)了然于胸一一我們通過(guò)目前我們所使用的調(diào)音臺(tái)就可以看出。我們

11、知道 0VU= +4 dBu,而大部分調(diào)音臺(tái)的最大輸出電平為+18dBu至+24dBu之間，0VU 和這兩個(gè)值分別相差14dB牙口 20dB。迖個(gè)14-20dB ：il:了均方根值值/峰值比所需要的心態(tài)余量,可以避免削波。如果你將節(jié)目信號(hào)電平控制在0VU,那么 音量表上無(wú)法顯示的峰值電平就不會(huì)超過(guò)調(diào)音臺(tái)的最大輸岀電平，從而避免調(diào)音 臺(tái)削波。記住一個(gè)警告：不要相信調(diào)音臺(tái)上的峰值扌 陡夠指示實(shí)際的削波電平。 制造商常常將峰值表的削波電平比實(shí)際的削波電平低10dB,從而讓人*, 不要犯這樣的錯(cuò)誤！第四節(jié) 設(shè)置信號(hào)流的增益結(jié)構(gòu)本章中提及的設(shè)置方法需要用到示波器，或者悴通的丿k電換能器，在其帶寬 內(nèi)饋以

12、正弦波即可測(cè)定削波電平。4.1準(zhǔn)備工作設(shè)置匸作從信號(hào)路徑上的每個(gè)電子設(shè)備的輸入輸出增益開(kāi)始。如果系統(tǒng)中有 均衡器，則要確保將所有的衰減器都置于OdB,均衡應(yīng)該在系統(tǒng)增益結(jié)構(gòu)優(yōu)化之 后進(jìn)行。如果系統(tǒng)使用的揚(yáng)聲器有專用的處理器/控制器，則需要考略其內(nèi)部均 衡造成影響，可以分頻頻段的最大提升的頻率倍號(hào)作為測(cè)試信號(hào)。此外，如果該 處理器/控制器具備壓縮限幅功能，在設(shè)置增益結(jié)構(gòu)的過(guò)程中不要啟用這些功能。4.1使用振蕩器和示波器（或者壓電換能器）進(jìn)行調(diào)整使用一個(gè)振蕩器向調(diào)音臺(tái)饋送一個(gè)1kHz的正弦波，使調(diào)音臺(tái)的輸出電平處 于臨界削波電平。檢測(cè)調(diào)音臺(tái)是否達(dá)到削波電半的最簡(jiǎn)單可靠方法，就是使用一 個(gè)示波器檢驗(yàn)

13、調(diào)音臺(tái)的輸出信號(hào)。而調(diào)音臺(tái)的削波指示燈和參數(shù)表中的最大電平 都是不可信的！當(dāng)你提升輸岀電平使之超出電路的最大信號(hào)電壓時(shí)，示波器上的 正弦波就會(huì)出現(xiàn)“平頂由于高于某一電平的波峰（波谷）被“削”掉了，那 么這個(gè)電平值就是削波電平。跟據(jù)信號(hào)流程依次調(diào)節(jié)每臺(tái)設(shè)備的輸入和輸出電 平，使其在示波器上顯示剛剛達(dá)到削波電平。切記，如果某設(shè)備具有輸入衰減器, 那么在你調(diào)整輸出衰減器之前一定要清楚輸入衰減器的“削波門(mén)限”如果山于經(jīng)濟(jì)條件有限，手頭沒(méi)有示波器的話，則可以使用壓電式換能器作 為替代，比如摩托羅拉生產(chǎn)的一些用于廉價(jià)音箱中的換能器。這種情況下，我們 需要饋送的正弦波信號(hào)的頻率要低于換能器的帶寬，通常在30

14、0400Hz之間。如 果沒(méi)有岀現(xiàn)削波，則換能器不能還原聲音信號(hào)，我們聽(tīng)不到聲音。而一旦電路發(fā) 生削波，我們就很容易聽(tīng)到諧波產(chǎn)生的聲音，從而判斷已經(jīng)發(fā)生削波了。事實(shí)證明這一方法得到的結(jié)果相當(dāng)準(zhǔn)確，但是也有兩點(diǎn)不足。其一，這一方 法不可以用來(lái)測(cè)定功率放大器，因?yàn)楣β史糯笃鞯男盘?hào)電壓太強(qiáng)。好在絕大多數(shù) 功率放大器的削波指示燈是可信的，其指示的削波電平和實(shí)際的削波電平的誤差 一般在2dB以內(nèi)。其二，如果系統(tǒng)中使用了電子分頻器，且300-400HZ頻段未 能通過(guò)時(shí)，這一方法就不能用來(lái)測(cè)定通過(guò)分頻器的高頻信號(hào)是否會(huì)出現(xiàn)削波。如 果電子分頻器沒(méi)有內(nèi)置均衡，那么其它帶通頻段的設(shè)置應(yīng)與300-400HZ頻段保持

15、 一致，以便于正確地調(diào)整增益結(jié)構(gòu)。4.3電子分頻器與壓縮器/限幅器的調(diào)整半我們用示波器來(lái)調(diào)整分頻網(wǎng)絡(luò)的增益時(shí)，我們需要使用每個(gè)帯通頻段的中 心頻率來(lái)測(cè)試。一旦將第一個(gè)帶通頻段的輸入增益設(shè)置好之后，其它（設(shè)備？頻 段）的輸岀就不需要再調(diào)整了（如果系統(tǒng)中使用了壓縮/限幅器則要另外考慮）。 如果壓縮/限幅器接在電子分頻器的輸出和功率放大器的輸入之間，在測(cè)試過(guò)程 中不要開(kāi)啟壓縮/限幅。設(shè)置壓縮/限幅器應(yīng)該是設(shè)置好增益結(jié)構(gòu)之后的工作，而 如何設(shè)置就要取決于系統(tǒng)工程師的總愿了。4.4功率放大器的調(diào)整在設(shè)置分頻器的輸出之后，我們開(kāi)始增大低頻功率放大器的輸入信號(hào)電平， 使其剛剛低于削波電平，這時(shí)只能用示波器來(lái)

16、進(jìn)行測(cè)定，而不釆用換能器，因?yàn)?功率放大器的輸出電平太高。這種情況下，我們可以使用功放的通道削波指示燈。 功放的削波指示不同于調(diào)音臺(tái)，其準(zhǔn)確度更高，誤養(yǎng)通常在兒個(gè)dB之內(nèi)。如果 功放的輸入靈敏度可調(diào)，則要選擇最小輸入增益/靈敏度（或者最大心詢?nèi)腚娮Γ?因?yàn)槿缃竦墓β史糯笃鞫际呛銐狠攲纾ㄖ灰?fù)載的最小阻抗2-8 0）,所以功放 連接高阻抗的示波器時(shí)的輸出電壓與連接揚(yáng)聲器時(shí)非常接近（只差兒個(gè)dB）。其 它的功放通道同樣用這種方法設(shè)置。連接揚(yáng)聲器之后，在使用測(cè)量麥克風(fēng)和實(shí)時(shí)分析儀做系統(tǒng)均衡時(shí)，高頻段的 功放通道很可能要作更多的衰減，使之與實(shí)時(shí)分析儀上顯示的低頻段相匹配。如 果某個(gè)頻段提升至出現(xiàn)削波

17、仍然不能與其他頻段匹配，我們就需要將對(duì)其它頻段 進(jìn)行衰減至與頻段匹配。這就是一個(gè)系統(tǒng)中的薄弱環(huán)節(jié)（瓶頸）這樣一個(gè)薄弱環(huán) 節(jié)。這種情況下如果系統(tǒng)總音量不足，則可參考4. 5中的方法，否則就要考慮增 加揚(yáng)聲器數(shù)量，或者增加該頻段的放大功率。需要記住的是，絕大多數(shù)功放在輸入衰減器置于最大位置時(shí)，只需要均值方 根電壓為0. 775至1. 545V （0至+6dBu）的輸入信號(hào)就可以產(chǎn)生最大輸岀電壓。 要知道，將功放的輸入衰減器扭小并不能限制或減小功放的最大輸出功率，這只 不過(guò)是減小了輸入靈敏度，意味著功放需要更大的輸入信號(hào)才能達(dá)到最大輸出功 率。曲于大部分調(diào)音臺(tái)不不削波的情況下，可以產(chǎn)生6.153-15.454 V的均值方